2025年少兒編程等級(jí)考試Python四級(jí)模擬試卷（函數(shù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)）——函數(shù)編寫(xiě)與優(yōu)化技巧一、函數(shù)編寫(xiě)與應(yīng)用要求：請(qǐng)根據(jù)以下要求，編寫(xiě)相應(yīng)的Python函數(shù)，并調(diào)用這些函數(shù)以完成指定的任務(wù)。1.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`calculate_area`，該函數(shù)接收一個(gè)正整數(shù)的邊長(zhǎng)作為參數(shù)，計(jì)算并返回該正方形的面積。2.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`sum_of_digits`，該函數(shù)接收一個(gè)整數(shù)作為參數(shù)，計(jì)算并返回該整數(shù)的各位數(shù)字之和。3.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`find_max_value`，該函數(shù)接收一個(gè)整數(shù)列表作為參數(shù)，返回列表中的最大值。4.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`reverse_string`，該函數(shù)接收一個(gè)字符串作為參數(shù)，返回該字符串的反轉(zhuǎn)形式。5.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`count_occurrences`，該函數(shù)接收一個(gè)字符串和一個(gè)字符作為參數(shù)，返回該字符在字符串中出現(xiàn)的次數(shù)。二、函數(shù)優(yōu)化與效率要求：請(qǐng)對(duì)以下函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提高其執(zhí)行效率。1.優(yōu)化函數(shù)`find_max_value`，使其在接收的列表較長(zhǎng)時(shí)，能夠更快地找到最大值。2.優(yōu)化函數(shù)`sum_of_digits`，使其在接收的整數(shù)較大時(shí)，能夠更快地計(jì)算出各位數(shù)字之和。3.優(yōu)化函數(shù)`reverse_string`，使其在處理較長(zhǎng)的字符串時(shí)，能夠更快地完成反轉(zhuǎn)操作。三、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用要求：請(qǐng)根據(jù)以下要求，使用合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完成指定的任務(wù)。1.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`find_unique_elements`，該函數(shù)接收一個(gè)整數(shù)列表作為參數(shù)，返回列表中所有不重復(fù)的元素。2.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`find_longest_substring`，該函數(shù)接收一個(gè)字符串作為參數(shù)，返回該字符串中最長(zhǎng)的子字符串。3.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`find_second_largest`，該函數(shù)接收一個(gè)整數(shù)列表作為參數(shù)，返回列表中第二大的值。四、函數(shù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的綜合應(yīng)用要求：請(qǐng)根據(jù)以下要求，結(jié)合函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完成指定的任務(wù)。1.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`remove_duplicates`，該函數(shù)接收一個(gè)整數(shù)列表作為參數(shù)，返回一個(gè)去重后的列表。2.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`find_longest_word`，該函數(shù)接收一個(gè)字符串列表作為參數(shù)，返回列表中最長(zhǎng)的字符串。3.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`find_common_elements`，該函數(shù)接收兩個(gè)整數(shù)列表作為參數(shù)，返回兩個(gè)列表中共同存在的元素。五、函數(shù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用要求：請(qǐng)根據(jù)以下要求，結(jié)合函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解決實(shí)際問(wèn)題。1.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`find_palindromes`，該函數(shù)接收一個(gè)字符串列表作為參數(shù)，返回列表中所有回文串。2.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`find_prime_numbers`，該函數(shù)接收一個(gè)整數(shù)區(qū)間作為參數(shù)，返回該區(qū)間內(nèi)所有的素?cái)?shù)。3.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`find_anagrams`，該函數(shù)接收兩個(gè)字符串作為參數(shù)，返回兩個(gè)字符串中所有相同的字母組合。六、綜合測(cè)試要求：請(qǐng)根據(jù)以下要求，綜合運(yùn)用函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完成指定的任務(wù)。1.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`find_longest_common_subsequence`，該函數(shù)接收兩個(gè)字符串作為參數(shù)，返回兩個(gè)字符串中最長(zhǎng)的公共子序列。2.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`find_shortest_path`，該函數(shù)接收一個(gè)二維網(wǎng)格和一個(gè)起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)作為參數(shù)，返回從起點(diǎn)到終點(diǎn)的最短路徑。3.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`find_max_subarray_sum`，該函數(shù)接收一個(gè)整數(shù)數(shù)組作為參數(shù)，返回?cái)?shù)組中連續(xù)子數(shù)組的最大和。四、函數(shù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的綜合應(yīng)用要求：請(qǐng)結(jié)合函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完成以下綜合任務(wù)。1.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`find_fibonacci_sequence`，該函數(shù)接收一個(gè)整數(shù)n作為參數(shù)，返回一個(gè)包含前n個(gè)斐波那契數(shù)的列表。2.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`find_parentheses_balance`，該函數(shù)接收一個(gè)字符串作為參數(shù)，檢查字符串中的括號(hào)是否正確匹配，并返回布爾值。3.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`find_anagrams_in_list`，該函數(shù)接收一個(gè)字符串列表作為參數(shù)，返回一個(gè)包含所有字母組合相同但順序不同的字符串對(duì)列表。五、函數(shù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用要求：請(qǐng)結(jié)合函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)解決以下實(shí)際問(wèn)題。1.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`calculate_calories_burned`，該函數(shù)接收一個(gè)包含運(yùn)動(dòng)類(lèi)型和持續(xù)時(shí)間的字典作為參數(shù)，計(jì)算并返回燃燒的卡路里數(shù)。2.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`find_smallest_window_substring`，該函數(shù)接收一個(gè)字符串和一個(gè)字符集作為參數(shù)，返回字符串中包含所有字符集字符的最短子字符串。3.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`find_words_with_most_repeats`，該函數(shù)接收一個(gè)文本字符串作為參數(shù)，返回文本中重復(fù)次數(shù)最多的單詞及其重復(fù)次數(shù)。六、綜合測(cè)試要求：請(qǐng)根據(jù)以下要求，綜合運(yùn)用函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完成以下綜合測(cè)試任務(wù)。1.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`find_longest_increasing_subsequence`，該函數(shù)接收一個(gè)整數(shù)數(shù)組作為參數(shù)，返回?cái)?shù)組中最長(zhǎng)的遞增子序列。2.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`find_all_permutations`，該函數(shù)接收一個(gè)字符串作為參數(shù)，返回該字符串的所有排列。3.編寫(xiě)一個(gè)函數(shù)`find_max_product_subarray`，該函數(shù)接收一個(gè)整數(shù)數(shù)組作為參數(shù)，返回?cái)?shù)組中連續(xù)子數(shù)組的最大乘積。本次試卷答案如下：一、函數(shù)編寫(xiě)與應(yīng)用1.`calculate_area`函數(shù)答案：```pythondefcalculate_area(side_length):returnside_length**2```解析思路：正方形的面積是邊長(zhǎng)的平方，因此使用指數(shù)運(yùn)算符`**`計(jì)算平方。2.`sum_of_digits`函數(shù)答案：```pythondefsum_of_digits(number):returnsum(int(digit)fordigitinstr(number))```解析思路：將整數(shù)轉(zhuǎn)換為字符串，然后遍歷每個(gè)字符，將其轉(zhuǎn)換回整數(shù)并求和。3.`find_max_value`函數(shù)答案：```pythondeffind_max_value(numbers):returnmax(numbers)```解析思路：使用內(nèi)置的`max`函數(shù)直接找到列表中的最大值。4.`reverse_string`函數(shù)答案：```pythondefreverse_string(s):returns[::-1]```解析思路：使用字符串切片功能，通過(guò)步長(zhǎng)為-1來(lái)反轉(zhuǎn)字符串。5.`count_occurrences`函數(shù)答案：```pythondefcount_occurrences(s,char):returns.count(char)```解析思路：使用字符串的`count`方法來(lái)計(jì)算指定字符出現(xiàn)的次數(shù)。二、函數(shù)優(yōu)化與效率1.優(yōu)化后的`find_max_value`函數(shù)答案：```pythondeffind_max_value(numbers):max_value=numbers[0]fornumberinnumbers:ifnumber>max_value:max_value=numberreturnmax_value```解析思路：通過(guò)遍歷列表中的每個(gè)元素，逐個(gè)比較以找到最大值。2.優(yōu)化后的`sum_of_digits`函數(shù)答案：```pythondefsum_of_digits(number):total=0whilenumber>0:total+=number%10number//=10returntotal```解析思路：通過(guò)循環(huán)將數(shù)字的每一位分離出來(lái)并累加到總和中。3.優(yōu)化后的`reverse_string`函數(shù)答案：```pythondefreverse_string(s):reversed_s=''forcharins:reversed_s=char+reversed_sreturnreversed_s```解析思路：通過(guò)逐個(gè)字符的添加來(lái)構(gòu)建反轉(zhuǎn)后的字符串。三、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用1.`find_unique_elements`函數(shù)答案：```pythondeffind_unique_elements(numbers):unique_elements=[]fornumberinnumbers:ifnumbernotinunique_elements:unique_elements.append(number)returnunique_elements```解析思路：遍歷列表，使用`notin`檢查元素是否已經(jīng)存在于結(jié)果列表中。2.`find_longest_substring`函數(shù)答案：```pythondeffind_longest_substring(s):longest_substring=''current_substring=''forcharins:ifcharincurrent_substring:longest_substring=max(longest_substring,current_substring)current_substring=charelse:current_substring+=charreturnmax(longest_substring,current_substring)```解析思路：使用雙指針技術(shù)，一個(gè)指針用于遍歷字符串，另一個(gè)指針用于記錄當(dāng)前子字符串。3.`find_second_largest`函數(shù)答案：```pythondeffind_second_largest(numbers):first_max=second_max=float('-inf')fornumberinnumbers:ifnumber>first_max:second_max,first_max=first_max,numbereliffirst_max>number>second_max:second_max=numberreturnsecond_max```解析思路：遍歷列表，維護(hù)兩個(gè)變量`first_max`和`second_max`來(lái)跟蹤最大值和第二大的值。四、函數(shù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的綜合應(yīng)用1.`remove_duplicates`函數(shù)答案：```pythondefremove_duplicates(numbers):unique_numbers=[]fornumberinnumbers:ifnumbernotinunique_numbers:unique_numbers.append(number)returnunique_numbers```解析思路：類(lèi)似于`find_unique_elements`，但返回一個(gè)新的列表，其中不包含重復(fù)的元素。2.`find_longest_word`函數(shù)答案：```pythondeffind_longest_word(words):longest_word=''forwordinwords:iflen(word)>len(longest_word):longest_word=wordreturnlongest_word```解析思路：遍歷字符串列表，比較每個(gè)字符串的長(zhǎng)度，記錄最長(zhǎng)的字符串。3.`find_common_elements`函數(shù)答案：```pythondeffind_common_elements(list1,list2):common_elements=[]forelementinlist1:ifelementinlist2:common_elements.append(element)returncommon_elements```解析思路：遍歷第一個(gè)列表，檢查每個(gè)元素是否也存在于第二個(gè)列表中。五、函數(shù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)用1.`find_palindromes`函數(shù)答案：```pythondeffind_palindromes(strings):palindromes=[]forsinstrings:ifs==s[::-1]:palindromes.append(s)returnpalindromes```解析思路：遍歷字符串列表，檢查每個(gè)字符串是否是回文串。2.`find_prime_numbers`函數(shù)答案：```pythondeffind_prime_numbers(start,end):primes=[]fornumberinrange(start,end+1):ifnumber>1:foriinrange(2,int(number**0.5)+1):if(number%i)==0:breakelse:primes.append(number)returnprimes```解析思路：遍歷指定區(qū)間內(nèi)的每個(gè)數(shù)字，使用試除法檢查是否為素?cái)?shù)。3.`find_anagrams`函數(shù)答案：```pythondeffind_anagrams(s1,s2):anagrams=[]foriinrange(len(s1)):forjinrange(len(s2)):ifsorted(s1[i:])==sorted(s2[j:]):anagrams.append((s1[i:],s2[j:]))breakreturnanagrams```解析思路：遍歷兩個(gè)字符串的所有可能子字符串，使用排序比較來(lái)找到字母組合相同的字符串對(duì)。六、綜合測(cè)試1.`find_longest_common_subsequence`函數(shù)答案：```pythondeffind_longest_common_subsequence(s1,s2):dp=[[0]*(len(s2)+1)for_inrange(len(s1)+1)]foriinrange(1,len(s1)+1):forjinrange(1,len(s2)+1):ifs1[i-1]==s2[j-1]:dp[i][j]=dp[i-1][j-1]+1else:dp[i][j]=max(dp[i-1][j],dp[i][j-1])returndp[-1][-1]```解析思路：使用動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法，構(gòu)建一個(gè)二維數(shù)組`dp`來(lái)存儲(chǔ)子序列的長(zhǎng)度，最后返回`dp`數(shù)組的最右下角元素。2.`find_shortest_path`函數(shù)答案：```pythondeffind_shortest_path(grid,start,end):rows,cols=len(grid),len(grid[0])directions=[(0,1),(1,0),(0,